CC BY
90
УДК 528.93:528.8:634.92
Л.А. Пластинин, В.П. Ступин, Н.В. Котельникова ИрГТУ, Иркутск
КАРТОГРАФО-КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ПРИБАЙКАЛЬЯ
Состояние окружающей среды селитебных территорий (крупных поселений и тяготеющих к ним промышленных предприятий), вследствие их компактности и близости к стационарным органам экологического контроля, постоянно находится в поле зрения последних. Этого нельзя сказать о таких экстенсивных отраслях как лесное и сельское хозяйство, а также горнодобывающее производство. Для их контроля необходим оперативный дистанционный мониторинг, в свою очередь немыслимый без картографокосмического банка данных. Теоретические и методические наработки по разработке концепции такого банка данных формировались нами в содружестве с ведущими научными и производственными картографогеодезическими организациями Прибайкалья [1-9]. Картографическая и космическая составляющие входят в структуру мониторинга как основные сегменты наряду с информационным, программно-аппаратным и подспутниковым блоками.
Формирование картографического блока включает:
- Накопление банка исходной картографической информации;
- Составление промежуточных тематических карт;
- Ведение оперативных оценочных и дежурных карт;
- Создание прогнозных и рекомендательных карт.
- Формирование космического блока включает:
- Создание банка космических и аэро- (подспутниковых) снимков;
- Разработку методики дешифрирования и оперативной обработки материалов дистанционного зондирования;
- Создание оперативных инвентаризационных космофотокарт.
В картографический блок системы входят два подблока.
Подблок отечественных разномасштабных и разновременных топографических карт, в т.ч. цифровых. Они обеспечивают точную географическую привязку объектов и анализ пространственно-временной динамики ландшафтов. Самыми ранними из них являются стоверстные топографические карты, созданные Корпусом военных топографов в последнее десятилетие XIX века на ряд территорий Прибайкалья. В банк картографических данных также вошли карты масштаба 1:100 000, созданные ГУГК в военные и послевоенные годы по ускоренной технологии; карты масштаба 1:25 000 - 1:100 000, впервые созданные
аэрофототопографическим методом по материалам аэрофотосъемок 50-60-х годов прошлого столетия; топографические карты на весь масштабный ряд, созданные военными и гражданскими топографо-геодезическими организациями в промежуток с 70-х годов прошлого века до наших дней.
Подблок подготовленных с участием авторов и изданных за последние годы ХХ в. специальных тематических инженерно-экологических, ландшафтно-экологических, природохозяйственных карт на наиболее освоенную часть Прибайкалья.
Блок данных дистанционного зондирования включает следующие основные материалы космических съемок за последние 20-30 лет:
- Цветные и спектрозональные снимки высокого разрешения, полученные съемочными системами КФА-1000 (КФА-3000) центральной проекции с космических носителей серии «Ресурс-Ф», как оригинального масштаба от 1:70 000 до 1:200 000, так и увеличенные до 10 раз отпечатки с них;
- Черно-белые дешифровочные снимки высокого разрешения панорамной проекции масштаба 1:200 000, полученные топографической системой «КВР-1000» с космического носителя «Комета», ставшие лишь недавно доступными гражданскому потребителю в результате конверсионной деятельности;
- Доступные для регионального пользователя оперативные сканерные съемки, в частности, получаемые Центром приема ДЗЗ ВостСибНИИГиМС. По своему пространственному разрешению они не так информативны как фотографические, но пока незаменимы для оперативного мониторинга. Среднемасштабные снимки регионального охвата и низкого разрешения, получаемые с околоземных метеоспутников NOAA позволяют организовать систему контроля за лесными пожарами, промышленными дымами, загрязнениями снежного покрова и т.п. Крупномасштабные локальные снимки среднего разрешения, получаемые с околоземных метеорологических спутников типа «Метеор» (сканеры МСУ-СК, МСУ-Э) и Landsat» (сканеры MSS и ЕТМ) дают возможность осуществлять контроль над лесными пожарами, определять динамику лесных и степных границ, площадей вырубок, современное состояние и структуру сельскохозяйственной растительности, отслеживать проявления эоловых, селевых, водноэрозионных процессов, а также следить за пылегазовыми выбросами, определять динамику площадей карьеров, отвалов, хвостохранилищ, современное состояние и структуру горно-добывающих комплексов, отслеживать проявления нежелательных экзогенных геологических процессов., вызванных нерачительным недропользованием.
- Радиолокационные снимки масштаба 1:200 000, полученные методом радарной съемки с синтезированной апертурой спутниками ERS и JERS в рамках международной программы «Сибирь» и материалы их компьютерной обработки, позволяющие отслеживать структуру и динамику растительного покрова.
Банк данных дистанционного зондирования также формируется за счет материалов традиционной аэрофотосъемки. Это, в основном, черно-белые изопанхроматические снимки масштабов от 1:5000 до 1:70 000, полученные топографическими АФА с фокусными расстояниями 70, 100 и 140 мм. На отдельные репрезентативные участки аэрофотосъемки имеются увеличенные
отпечатки с этих снимков. Временной диапазон аэросъемочных материалов охватывает последние 40-50 лет.
Проведенный нами анализ созданного банка картографо-космических данных позволил выявить некоторые основные тенденции экологического состояния сельских, лесных и горно-промышленных ландшафтов Прибайкалья.
Для большинства сельскохозяйственных территорий (особенно остепненных) характерно неустойчивое экологическое равновесие и склонность к опустыниванию. Они уже несколько веков интенсивно и не всегда рационально осваиваются человеком, что уже неоднократно приводило к возникновению различных кризисных ситуаций, обострившихся во второй половине XX века.
Первая половина XX века характеризуется незначительным возрастанием антропогенного пресса. С конца 40-х годов и до начала 90-х годов сельскохозяйственные ландшафты испытали резкое повышение антропогенной нагрузки, максимум которой пришелся на конец 80-х годов. Это особенно заметно для динамичных пастбищных, сенокосных, пахотных ландшафтов. При мониторинге таких земель надежным индикатором кризисных ситуаций является активизация эоловых, эрозионных, мерзлотных, болотных и др. экзогенных процессов.
Максимальное поголовье домашнего скота в Прибайкалье приходится на 1986-1991 гг. В это время отмечается самая большая деградация пастбищ, увеличение площади оголенных и полузакрепленных песков, активизация эоловых процессов и овражно-балочной эрозии в Байкальских котловинах, Приольхонье и на острове Ольхон, нижнем течении Селенги. Параллельно активизируется эрозия почв, пыльные бури, обмеление рек. Увеличение площади пашен и неумеренная распашка также приводят к разубоживанию структуры почв, увеличению делювиального смыва, понижению уровня грунтовых вод.
С начала 90-х годов проявляется тенденция ослабления антропогенного пресса на ландшафты. Резко (на порядок) сокращается поголовье скота, особенно овец и коз. Неуклонно сокращаются площади пашен, многие из них переводятся в залежь. Это приводит к некоторому замедлению процессов аридизации территории, зарастанию ряда песчаных массивов и к известному оздоровлению экологической обстановки. Тем не менее ситуация в все равно далека от идеальной. В последние годы отмечается оживление социальноэкономической жизни Прибайкалья, возрастают рекреационные нагрузки (особенно на Приольхонье и остров Ольхон), увеличивается пожарная опасность.
Интересны выявленные нами тренды динамики нарушенности таежных земель Прибайкалья. Так, в Приангарье до начала активного освоения лесных ресурсов в 1970-х гг, XX в. заметные нарушения тайги не распространялись далее 50 км от полосы хозяйственной освоенности. Основным бичом таежных массивов в это время являлись пожары. Начавшееся добыча леса изменила соотношение вырубок и гарей в сторону вырубок, хотя и пожары
антропогенного характера распространились за этот период на большую территорию.
Промышленный спад в лесном комплексе Приангарья и ослабление противопожарной профилактики в последние годы вновь изменил соотношение вырубок и гарей, но на этот раз в пользу гарей. Сведение приречных лесов, нарушения кустарникового и дернового покрова в бассейнах рек приводит также к активизации селей, наводнений, развитию овражной эрозии, дефляции.
Из всех видов горнопромышленных работ наиболее сильное воздействие на природные ландшафты производят открытые (карьерные) разработки полезных ископаемых, когда с места страгиваются миллионы тонн горных пород. Угольные разрезы и карьеры по добыче алмазов, железных и цветных руд, строительных материалов и др. достигают десятков квадратных километров по площади и сотен метров по глубине. В процессе формирования самого карьера происходит накопление огромных объемов пород вскрыши, пустых и боковых пород, хвостов. При этом образуются новые сочетания форм рельефа и поверхностных рыхлых пород, т.е. происходит коренное изменение ландшафтов. По воздействию на растительность и почвы первоначальных ландшафтов открытые горные работы сравнимы с геологической катастрофой. Кроме того, при использовании традиционной гравитационной технологии переработки руд требуются большие объемы чистой воды, а очистка отработанных вод обычно оставляет желать лучшего. При работе карьеров и сопутствующих им горнообогатительных фабрик также велик выброс в атмосферу пыли и газов, а дальности распространения газопылевых облаков достигают тысячи километров.
При карьерном способе добычи полезных ископаемых уничтожается почвенно-растительный слой, загрязняется воздушная среда и поверхностные воды, активизируются эрозионные процессы, ухудшается микроклимат, изменяется режим стока и обезвоживается прилегающая территория, а в районах развития многолетней мерзлоты активизируется термокарст. Территории, на которых полностью уничтожаются первоначальные ландшафты, часто на порядок превосходят площадь самого карьера, поскольку окрестности всех горных предприятий преобразованы выработками. Особенно большие площади занимают поля разработки обводненных россыпных месторождений золота дражным способом, которые приурочены к долинам рек и побережьям озер. В таежной зоне ландшафты еще могут восстановиться, но в условиях степи, лесотундры или тундры с вечной мерзлотой изменения обычно необратимы.
Не лучше ситуация и на предприятиях подземной добычи полезных ископаемых. Для территорий шахт и рудников характерно обезвоживание и изменение режима стока, широкое развитие нерекультивированных терриконов и отвалов пустой породы, загрязняющая деятельность сопутствующих обогатительных комплексов и т.п. Кроме того, при
подземном способе добычи нередки прогибания, просадки и даже обрушения пород кровли шахтного поля.
Плохо обстоит дело и с рекультивацией отработанных земель, превращенных в «бедленды». Заброшенные карьерно-отвальные комплексы, имеют весьма низкую хозяйственную ценность и даже в случае закрепления их вторичной растительностью продолжают служить источниками загрязнения вод и почв.
С начала 90-х годов проявляется тенденция ослабления давления горнодобывающего производства на природу Прибайкалья. Резко сократилась добыча угля, золота, других полезных ископаемых, многие разрезы, карьеры и шахты или закрылись или работают не на полную мощность. Это привело к заметному замедлению указанных выше деструктивных процессов и, в целом, к некоторому оздоровлению экологической обстановки. Тем не менее экологическая ситуация на предприятиях горнодобывающей промышленности все равно вызывает тревогу. Более того, в последние годы отмечается оживление в сфере добычи полезных ископаемых, и техногенные нагрузки понемногу вновь начинают возрастать. При этом не отмечается параллельного роста рекультивационной деятельности предприятий горнодобывающей промышленности. На большинстве предприятий не выполняются элементарные горнотехнические мероприятия по облагораживанию созданных ими техногенных ландшафтов - выравниванию, выполаживанию откосов, покрытию поверхности плодородным слоем почвы, не говоря уже об их биологической рекультивации - посеве трав, посадке кустарников и деревьев и пр.
Таким образом, фундаментальные научные и научно-технические результаты создания системы картографо-космического мониторинга антропогенных ландшафтов Прибайкалья сводятся к следующему:
- Сформулирована методология системного подхода экологического картографирования природных условий и ресурсов Байкальского региона;
- Разработана методика комплексного картографирования природных условий (процессов и явлений) и ресурсов на основе данных дистанционного зондирования;
- Определены состав и параметры оптимальной системы формирования базы данных комплексного картографо-космического мониторинга антропогенных ландшафтов Прибайкалья;
- Отработана система оперативного космического обнаружения природных катастроф (в т.ч. пожаров) как для Байкальского региона, так и в целом для территорий таежной Сибири.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пластинин Л.А., Бардаш А.В., Клевцов Е.В., Котельникова Н.В. Современная картографо-графическая информация в решении экологических проблем Прибайкалья // Известия вузов Сибири. Вып. 2-3. - Иркутск, 1998. - С. 162 - 175.
2. Пластинин Л.А., Ващук Л.Н., Клевцов Е.В., Ступин В.П., Торосян П.Р. Новая космическая информация в оценке лесосырьевой базы Усть-Илимского ЛПК //
Современные проблемы геодезии и оптики. LI научно-техническая конференция Новосибирск: СГГА, 2001а. - С. 123 - 125.
3. Пластинин Л.А., Ващук Л.Н., Клевцов Е.В., Ступин В.П., Торосян П.Р. Картографирование лесов Сибири с использованием новых материалов спутниковых радарных съемок // Г еография на рубеже веков. - Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2001б. - С. 221 - 222.
4. Пластинин Л.А., Батуев А.Р., Клевцов Е.В., Котельникова Н.В., Ступин В.П. Картографо-космическая система комплексного мониторинга природных ресурсов в геосистемах байкальского региона // Дистанционные исследования и картографирование структуры и динамики геосистем. - Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2002. - С. 51-54.
5. Пластинин Л.А. Региональное экологическое картографирование Сибири (на примере Прибайкалья и Забайкалья). Автореферат доктор. дис. Новосибирск, 2000. - 40 с.
6. Батуев А.Р. Картографическое обеспечение регионального развития. Автореферат доктор. дис. Москва, 2003 г. - 40 с.
7. Ступин В.П. Экзоморфосистемы Приольхонья и их картографирование по матриалам дистанционного зондирования. Автореферат канд. дис. Иркутск, 2002. - 20 с.
8. Котельникова Н.В. Мониторинг ландшафтов Тункинской ветви котловин (Прибайкалье). Автореферат канд. дис. Иркутск, 2003. - 20 с.
9. Пластинин Л.А., Бардаш А.В., Батуев А.Р., Кириченко Ю.А., Клевцов Е.В., Котельникова Н.В., Плюснин В.М., Ступин В.П., Торосян П.Р. Дистанционное зондирование и экологическое картографирование в космическом мониторинге таежных экосистем Прибайкалья. // География и окружающая среда - Санкт-Петербург: Наука, 2003 г. - С. 659 - 661.
© Л.А. Пластинин, В.П. Ступин, Н.В. Котельникова, 2005
